Диагностика базик

датчика колебания низкой частоты. А так как этот «транспорт» не может «передвигаться» на большие расстояния, то этим методом можно не только идентифицировать дефект, но и локализовать его.

Рассмотрим подробнее реализацию метода на примере диагностики подшипников качения.

3.4.3. Диагностика подшипников качения

3.4.3.1. Диагностическая модель подшипника качения

41

ре, не прибегая к натурным измерениям. Угол контакта α для многих ти- пов ПК составляет 0°.

Реальное влияние на параметры вибрации оказывают следующие ви- ды дефектов подшипников качения:

–перекос наружного кольца;

–износ наружного и внутреннего кольца;

–выкрашивание, трещины на поверхностях колец и тел качения;

–износы тел качения и сепаратора.

Отдельно можно выделить нарушения режимов работы, подшипника качения, влияющие на параметры вибрации. К ним относятся:

– обкатывание наружного (неподвижного) кольца;

42

–неоднородный радиальный натяг;

–сухой контакт поверхностей трения (удары о поверхности трения). Наконец, на вибрацию подшипника сказываются дефекты других узлов

машины. В первую очередь это:

–неуравновешенность ротора;

–дефекты соединительных муфт;

–ослабление креплений подшипниковых узлов к малине или машины к фундаментным конструкциям;

–дефекты соединенных с валом узлов, в том числе шестерен и т. п., создающие ударные нагрузки на подшипник.

Как отмечалось выше, основная идея идентификации неисправностей

при спектральных методах вибродиагностики заключается в поиске тех периодических колебаний, которые связаны с возможной неисправностью объекта. Очевидно, что при этом следует знать, на каких частотах будут проявляться те или иные неисправности. В первую очередь, на это влияют конструктивные особенности и режим работы объекта. Для подшипников качения основными диагностическими частотами являются:

–частота вращения fвр ;

–частота вращения сепаратора (сепараторная частота) fс ;

–частота контакта точки тела качения с кольцом подшипника (собст-

венная частота тел качения) fтк ;

– частота перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипни- ка fн ;

– частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу fв .

Для подшипника с вращающимся внутренним кольцом и неподвиж- ным наружным (наиболее распространенное исполнение) частота вра-

щения fвр измеряется в процессе эксперимента как частота вращения

ротора машины, а остальные диагностические частоты рассчитываются по формулам (3.8)–(3.11):

43

где z – число тел качения.

3.4.3.2. Примеры определения неисправностей ПК

Значительные различия в особенностях формирования сигнала вибра- ции позволяют выделить среди перечисленных выше дефектов подшипни- ков, режимов работы, дефектов других узлов 12 групп неисправностей:

1)обкатывание наружного (неподвижного) кольца;

2)неоднородный радиальный натяг;

3)перекос наружного (неподвижного) кольца;

4)износ наружного кольца;

5)раковины, трещины на наружном кольце;

6)износ внутреннего кольца;

7)раковины, трещины на внутреннем кольце;

8)износ тел качения и сепаратора;

9)раковины, сколы на телах качения;

10)сложный составной дефект;

11)проскальзывание кольца;

12)дефект смазки.

Обкатывание наружного кольца (рис. 3.23) является не дефектом подшипника, а откло- нениями в режиме его работы, сопровождающимися повышен-

ной нагрузкой на подшипник в радиальном направлении. В ма- шинах с горизонтальным распо-

ложением вала это указывает

ности является появление в спектре огибающей вибрации небольшого (3-4)

числа гармонических составляющих с частотами kfвр , где k =1,2,3...

44

Неоднородный радиальный натяг подшипника (рис. 3.24)

является обычно дефектом его сборки. Наиболее часто встре- чающейся причиной этого яв-

ляется посадка подшипника на вал, диаметр которого больше допустимого. Признаком этого

Рис. 3.24. Спектр огибающей при неоднород- дефекта является рост гармо-

ном радиальном натяге нических составляющих на чет- ных гармониках (2, 4, 6 …) час-

тоты вращения. Такой же спектр будет получен и при посадке внутреннего кольца подшипника на вал без натяга.

быстро падает.

45

Раковины (трещины) на на- ружном кольце (рис. 3.27) при-

водят к появлению коротких ударных импульсов при контак- те каждого тела качения с рако- виной. В результате появляется

ряд гармоник с частотами kfн .

Отличительной особенностью спектра от предыдущего явля- ется большое число слабозату- хающих гармоник.

Раковины (трещины) на внутреннем кольце подшипни-

ка (рис. 3.28) приводят к появ- лению коротких ударных им-

пульсов при контакте каждого тела качения с раковиной. В результате в спектре составля-

ющей появляется ряд гармоник с частотами kfв , причем из-за

того, что при слабом радиаль- ном натяге в подшипнике ве- личина удара зависит от на-

грузки, т. е. от угла поворота кольца, у ряда гармоник в спектре огибающей появляются боковые составляющие, отличающиеся на ± k1 fвр .

Износ тел качения и сепа-

ратора (рис. 3.29). По спектру огибающей вибрации, в первую очередь, обнаруживается де- фект, представляющий собой выкрашивание поверхности. Это проявляется в спектре со- ставляющей ростом составля-

Дополнительным признаком является быстрое уменьшение по амплитуде гармоник, кратных этим частотам.

Раковины, сколы на телах качения сопровождаются появлением ударных импульсов, действующих между телом качения и каждой из поверхностей ко-

лец (рис. 3.30). Поэтому основная частота ударов происходит при 2 fтк .

46

Но так как амплитуды ударных импульсов, действующих между телом качения и каждой из поверхностей могут отличаться и зависят, кроме того, от угла по- ворота сепаратора, в спектре огибающей появляются дополнительные со-

ставляющие в окрестностях частоты 2 fтк . В случае износа сепаратора эти

составляющие могут иметь случайную модуляцию, результатам которой яв- ляются спектры, показанные на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Спектры огибающей при наличии раковин на телах качения

других частотах отсутствуют.

Амплитуда гармоник для всех рассмотренных выше спектров может служить количественной оценкой степени дефекта. Современные системы диагностики, строящиеся на базе компьютеров, используют количествен- ную характеристику вибрации не только для определения степени дефек- та, но и для прогнозирования его развития. В этом случае необходимо, как правило, иметь результаты нескольких, выполненных с определенной пе- риодичностью, измерений.

3.4.3.3. Сводные правила идентификации неисправностей ПК

Представленные выше примеры определения вида дефекта ПК по ре- зультатам спектрального анализа высокочастотной составляющей вибра- ции позволяют сформулировать правила, которые для удобства практиче- ского использования приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

47

Для указанного (табл. 3.4) типоразмера подшипника качения рассчи-

тать основные диагностические частоты и построить ожидаемые спектры огибающей высокочастотного сигнала для заданных неисправностей (при построении графиков ось частот должна быть масштабной).

Методические указания к решению задачи:

Частота вращения n , 1/мин связана с Гц равенством f = n / 60 .

Для определения диагностических частот используйте уравне- ния (3.8)–(3.11). Необходимые для расчета геометрические харак- теристики можно найти в справочной литературе или в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Геометрические характеристики некоторых подшипников качения

Графики ожидаемых спектров следует строить, используя полученные при расчетах численные значения частот. Первоначально рекомендуется привести графики отдельно для каждой неисправности, а затем совмес- тить их, используя одинаковый масштаб для оси абсцисс (частот).

49

4. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЕЙ

При разработке диагностических систем дизельных двигателей тради- ционно основное внимание уделяется работе топливной аппаратуры (ТА). Вызвано это двумя причинами. Во-первых, именно настройкой топливной аппаратуры определяются важнейшие характеристики процесса сгорания –

момент воспламенения топлива в цилиндре и качество его последующего сгорания. Во-вторых, как показывают многочисленные исследования, на

долю топливной аппаратуры приходится значительное количество отказов в эксплуатации. В зависимости от типа двигателя и его конструкции процент неисправностей, приходящихся на ТА, колеблется в пределах 12–30 %. Следует отметить, что официальные цифры занижены. Вызвано это тем,

что не всегда удается в эксплуатации достоверно определить отклонения в работе топливной аппаратуры. Специально проведенные исследования по- казали, что при обследовании 100 двигателей ЯМЗ238НБ, установленных на тракторах «Кировец» К-700 55 % форсунок имели заниженное и 12 % за- вышенное давление начала подъема иглы. 60 % двигателей имели откло- нения в цикловой подаче (30 % в сторону увеличения и 30 % в сторону уменьшения). 54 % двигателей имели отклонения в момент начала подачи топлива: 30 % до 4° п.к.в. и 24 % до 3° п.к.в.

Современное состояние системы ремонта локомотивов предъявляет свои специфические требования к диагностическим системам. В первую очередь это универсальность диагностического оборудования, примени- мость его к различным типам двигателей. Во-вторых, это возможность вы- полнения диагностических работ на частичных режимах работы двигате- лей или даже на холостом ходу.

При выборе метода диагностики топливной аппаратуры традиционно рассматриваются три метода: виброакустический, по ходу иглы форсунки

ипо давлению в топливопроводе высокого давления (ТВД).

4.1.Обзор методов диагностики ТА

4.1.1. Виброакустический метод диагностики ТА

Основная идея метода базируется на том, что при работе форсунки возникают периодические ударные импульсы, которые могут быть зафик- сированы виброизмерительной аппаратурой. С точки зрения проведения диагностического эксперимента метод отличается простотой. Роль пер- вичного преобразователя выполняет, как правило, пьезоэлектрический ак- селерометр, устанавливаемый с помощью магнита на корпус форсунки или, как это показано на рис. 4.1, с помощью винтовой струбцины на труб- ку высокого давления. И в том и другом случае причиной измеряемых ко- лебаний являются, преимущественно, ударные явления в форсунке.

50